Цифровой измеритель магнитной индукции

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 R 33/06

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 Ю

ЬЭ М

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

1 (61) 1390584 (21) 4750916/21 (22) 17.10.89 (46) 15.02.92. Бюл ЛФ6 (71) Научно-исследовательский институт

"Квант" (72) И.П.Смирнов, А.А.Остапов, О.Т.Чичирин и l0.Т.Чичирин (53) 621.317.44 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

O 1390584, кл. 6 01 R 33/02, 07.07.86 . (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ (57) Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для прецизионных измерений в

„„ Ы „„1712912 A2

r широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Цель изобретения — повышение точности измерения — достигается введением в устройство автоматического переключателя 13, резистора 14, дополнительного счетчика 10. триггеров 23, 24, элемента И 20, фазочувствительного элемента

6 и двоична-десятичного дешифратора 15.

Устройство также содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник питания 3, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напряжение — число импульсов, реверсивный счетчик 8, цифровой индикатор 16, генератор 17 импульсов, счетчик 18; дешифратор

19, триггеры 7,23, 24. 12, элементы И 11,22„

20. 1 ил.

1712912

-Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя.

Измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, переключателя 2, источника 3 питания, синхронного.детектора 4, преобразователя 5 напряжение — число импул ьсов, фазочувствительного элемента 6, триггера 7, реверсивного счетчика 8, блока 9 управления, дополнительного счетчика 10, элемента И 11, триггера 12, автоматического переключателя 13, резистора 14, двоично-десятичного дешифратора 15 и цифрового индикатора 16, Токовые электроды датчика Холла 1 соединены с первыми входами переключателя

2. Потенциальные электроды датчика Холла

1 соединены с вторыми входами переключателя 2, третьи входы переключателя 2 соединены с выходами источника 3 питания, Выходы переключателя 2 соединены с измерительным входом синхронного детектора

4. Управляющий вход переключателя 2 соединен с первым выходом блока 9 управления;

Управляющий вход синхронного детектора 4 соединен с управляющим входом фазочувствительного элемента 6 и управляющим входом источника 3 питания, Измерительный вход синхронного детектора 4 соединен с измерительным входом фазочувствительного элемента 6. Выход синхронного детектора 4 соединен с первым входом преобразователя 5 напряжение — число импульсов.

Второй вход преобразователя 5 напряжение — число импульсов соединен с вторым выходом блока 9 управления. Выход преобразователя 5 напряжение — число импульсов соединен с перыми входами реверсивного счетчика 8 и счетчика 10.

Выход фазочувствительного элемента 6 соединен с первым входом блока 9 управления. Нулевой вход триггера 7 соединен с нулевым входом дополнительного счетчика

10 и шестым выходом блока 9 управления.

Единичный вход триггера 7 соединен с выходом дополнительного счетчика 10. Выход триггера 7 соединен с первым входом элемента И 11.

Второй вход реверсивного счетчика 8 соединен с третьим выходом блока 9 управления. Выход (параллельный код) реверсивного счетчика 8 соединен с первым входом двоична-десятичного дешифратора 15 и вторым входом блока 9 управления. Четвертый выход блока 9 управления соединен с треть5 им входом счетчика 8. Пятый выход блока 9 управления соединен с вторым входом двоично-десятичного дешифратора 15. Седьмой выход блока 9 управления соединен с вторым входом элемента И 11. Выход гене10 ратора 17 импульсов соединен с входом счетчика 18, выход которого (параллельный код) соединен с входом дешифратора 19., выходы которого с первого по восьмой соответственно соединены с первым, вторым, 15 третьим, пятым, шестым и седьмым выходами блока 9 управления, с первым входом элемента И 20, с первыми входами элементов И 21, 22. Вторые входы элементов И 20, 21 соединены с первым входом блока 9 уп20 равления..Выход элемента И 20 соединен с единичным входом триггера.23, нулевой вход которого соединен с первым нулевым .входом триггера 24, третьим выходом дешифратора 19. Выход триггера 23 соединен

25 с третьим входом элемента И 21, выход которого соединен со счетным входом триггера 24. Выход триггера 24 соединен с четвертым выходом блока 9 управления.

Второй нулевой вход триггера 24 соединен

30 с выходом элемента И 22, второй вход которого (параллельный код) соединен с вторым вхдом блока 9 управления, Выход триггера

12 соединен с управляющим входом автоматического переключателя 13, Первый и вто35 рой выходы переключателя 13 через резистор 14 подключены между токовым и потенциальным электродами датчика Холла

1; Выход двоично-десятичного дешифратора 15 соединен с. цифровым индикато40 ром 16.

Работа устройства происходит в два такта измерения, Перед началом измерения по сигналу с третьего выхода блока 9 управ45 ления в нулевое состояние устанавливается реверсивный счетчик 8, Кроме того, по этому же сигналу в нулевое состояние устанавливаются триггеры 23 и 24. По сигналу, поступающему с шестого выхода блока 9

50 управления, в нулевое состояние устанавливаются дополнительный счетчик 10 и триггер 7. С четвертого выхода блока 9 управления поступает сигнал на шину реверса ререрсивного счетчика 8, по которому

55 он работает на сложение. Триггер 23 выдает разрешающий потенциал на элемент И 21.

По сигналу с первого выхода блока 9 управления переключатель 2 устанавливается в такое положение, что при положительном направлении магнитной индукции "+" В вы1712912 результатов измерения двух тактов, при (ex l < I Онэ I —.-их вычитание.

При (ех (> I 083 (и "+" В выходные сигналы датчика Холла 1 бУдУт 01- (ех.+ Онэ(, 5 Ог = I ех - Онэ 1.

В первый такт измерения сигнал на выходе фазочувствительного элемента 6 отрицательной полярности является запрещающим для элементов И 20, 21. По-.

10 этому управляющие сигналы блока 9 управления не проходят через элементы И

20, 21 в течение первого такта. Во втором такте сигнал на выходе фазочувствительного цемента 6 отрицательной полярности

15 будет запрещающим для элементов ,И 20,21.

Поэтому при поступлении управляющего сигнала с дешифратора 19 элемент И 20 не срабатывает и, следовательно, не изме20 няется состояние триггера 23. Хотя на второй вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, во втором такте при поступлении управляющего сигнала с дешифратора 19 элемент И 21

25 не срабатывает из-за наличия запрещающего потенциала íà его первом входе с выхода фазочувствительного элемента 6.

Поэтому блок 9 управления не изменяет свой выходной сигнал на четвертом выходе, 0 реверсивный счетчик 8 во втором такте будет работать на сложение. В результате во втором такте реверсивный счетчик 8 зафиксирует число импульсов, пропорциональное

ЭДС Холла ех.

N< = N1 + Й2 = К1К2 (Ех + Онэ I + К1К2 I Ех- Онэ I = 2К1К2 I ex I = 2К1Кгех.

U1=(+е +U»), N1 K1Kz(ex + U»), где К1 — коэффициент преобразования синхронного детектора;

К2 — коэффициент преобразования пре- 3 образователя напряжение — число импуль.сов, В конце первого такта измерения блок

9 управления сигналом, поступающим с первого выхода блока 9 управления, комму- 35 тирует переключатель 2.

Во втором такте измерения выходной сигнал датчика Холла 1 будет N = (+ ex- U»). Это напряжение через переключатель

2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразоватеь 5 напряжение — число импульсов. Результат преобразования в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 8 и дополнительный счетчик 10.

В зависимости от условия (ех 1 > U» ( или ех I < (О» I в реверсивном счетчике 8 осуществляется суммирование или вычитание. результатов кодирования двух тактов.

Информация о виде операции во втором такте выделяется с помощью фазочувствительного элемента 6 и блока 9 управления.

Блок 9 управления в зависимости от полярности сигналов на выходе фазочувствительного элемента 6 в оба такта измерения выдает определенный командный сигнал на вход реверса реверсивного счетчика 8.

Когда 1 ех I > l Онэ I, в реверсивном счетчике 8 осуществляется суммирование

55 ходное напряжение датчика Холла 1 в первый такт измерения где ех — ЭДС Холла;

Онэ- напряжение неэквипотенциально.сти.

Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем,.что управляющий сигнал на первом выходе блока 9 управления подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к синхронному детектору 4, а через вторую пару противоположных электродов датчика

Холла 1 протекает ток от источника 3 питания, Выходной сигнал датчика Холла 101-(+ ех+ Онэ) поступает через переключатель

2 и синхронный детектор 4 на г(реобразователь 5 напряжение — число импульсов. I åзультат преобразования в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 8, считы. вающий в прямом направлении, и дополнительный счетчик 10

При (ex I < 10нфи "+"B выходные сигналы датчика Холла 1 бУдУт U! = 1 ex + 0» I, Uz = l ex - U» (, где  — магнитная индукция;

Во втором такте сигнал на выходе фа-. зочувствительного элемента, 6 будет разрешающим для элемента И 21. На второй вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, который в г1ервом такте не изменяет своего состояния.

При поступлении во втором такте управляющего сигнала на третий вход элемента И

21 с дешифратора 19 элемент И 21 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 24 реверса, Триггер 24 реверса ! срабатывает и переходит в единичное состояние.

Таким образом, блок 9 управления изменяет свой выходной потенциал на четвертом выходе. поэтому во втором такте реверсивный счетчик 8 будет работать на вычитание.

1712912

N N1 N2 К1К2 I ex-Онз I - K1K2! Онэ- ех I - 2K1K2 I ex! - К1К2ех.

При равенстве ЭДС Холла напряжению неэквипотенциальности ех,= UH31 на вход дополнительного счетчика 10 во второй такт измерения поступает такое число импульсов, что с его выхода не поступает управляющий сигнал на единичный вход триггера 7.

Поэтому триггер 7, не изменяет свое состояние и выдает во втором такте измерения разрешающий потенциал на элемент И,11. °

После поступления на другой вход элемента

И 11 во втором такте управляющего сигнала блока 9 управления элемент И 11 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 12. Последний переходит в другое состояние и выдает сигнал на управляющий вход автоматического переключателя 13, При этом к токовому и потенциальному электродам датчика Холла 1 подключается резистор 14, что приводит к изменению напряжения неэквипотенциальности

Онэ1 Онэ2, /Онз2/ >> /ex/.

Дальнейшая работа устройства в первый и второй такты ничем не отличается от описанной ранее.

Такой режим работы будет продолжаться до тех пор, пока напряжение неэквипо-. тЕНцИаЛЬНОСтИ Онз2 НЕ СтаНЕт раВНЫМ ЭДС

Холла ех. ех = Онэ2.

В этом случае во втором такте срабатывает.триггер 12 и изменяет состояние переключателя 13, что приводит к отключению резистора 14 от токового и потенциального электродов датчика Холла 1, что приводит к изменению напряжения неэквипотенциальности, т.е. оно становится равным первоначальномУ Онэ2 Онз1.

При /ex/ > /Онэ/ и "-"В выходные сигналы датчика Холла1 будут 01 = /-ех+ Uнэ/. /02=

/-ex -Онэ/.

В первом такте сигнал на выходе фазочувствительного элемента бявляется разрешающим для элементов 20, 21. При поступлении управляющего сигнала с дешифратора 19 в первом такте элемент И 20 срабатывает и выдает сигнал на вход триггера 23. Триггер 23 срабатывает, переходит в единичное состояние и выдает запрещающий потенциал на второй вход элемента И

21. Поэтому во втором такте элемент И 21 при поступлении управляющего сигнала нв третий вход элемента И 21 с дешифратора не срабатывает, хотя на его вход поступает разрешающий потенциал положительной полярности с выхода фаэочувствительного элемента B.

Таким образом, во втором такте блок 9 управления не изменяет потенциал на чет вертом выходе и реверсивный счетчик 8.вв втором такте будет работать на сложение

N g = N1+ N2 = K1K2/ex + Онз/+ K1K2/ех- Онэ/ = 2К1К2/ex/ = 2К1K2ex

N2 = K1K2 I ex + Онэ I = K1K2 I ex + Uqg

ex+ ex | K1K2 I Онэ - ex 1+ 2К1К2 lex I N2 +

+ ч2

Й - N1- N2+ N2- K1K2 I 0.. -е, I - K1K2

I Онэ - Ех I + 2 К1К2 ех = 2 К1 K2 ех I = 2 K1K2 ех, При равенстве ЭДС Холла напряжению .

НЕЭКВИПОтЕНЦИаЛЬНОСтИ Ех. =Онэ1 Íà ВХОД дополнительного счетчика 10 в первый такт измерения поступает такое число импульсов, что с его выхода не поступает управля. ющий сигнал на единичный вход триггера 7

При /ех/ < /Онэ/ - "-" В выходные сигна10 лы датчика Холла бУдУт U1 /- ех + Онз/, U2= /-ех -Онэ/.

Во втором такте сигнал на выходе фазо.. чувствительного элемента 6 положительной полярности будет разрешающим для эле15 ментов И 20, 21; на вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, который в первом такте не изменяет своего состояния. Сигнал с выхода фазочувствительного элемента 6 отрицательной по20 лярности является запрещающим для элемента И 20.

При поступлении управляющего сигнала во втором такте с дешифратора 19 на третий вход элемента 21 последний сраба25 тывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 24 реверса. Триггер 24 реверса срабатывает и переходит в единичное состояние.

Таким образом, блок 9 управления из-.

30 меняет свой выходной сигнал на четвертом выходе, .Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 8 будет работать на вычитание.

Когда число в реверсивном счетчике 8 во втором такте станет равным нулю, сраба35 тывает элемент И 22. Элемент И 22 выдает сигнал на второй нулевой вход триггера 24 реверса. Триггер 24 реверса переходит в единичное состояние и изменяет свой выходной. сигнал на четвертом выходе.

40 Таким образом, блок 9 управления во втором такте второй раз изменяет.направ-; ление счета в реверсивном счетчике 8, т.q. . реверсивный счетчик 8 начинает работать на сложение..

45 В результате после второго такта реверсивный счетчик 8 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла ех..1712912 сятичным дешифратором 15 и цифровым индикатором 16.

Поэтому триггер 7 не изменяет своего состояния и выдает в первом такте измерения разрешающий потенциал на элемент И 11. После, поступления на другой вход элемента И 11 в первом такте управляющего сигнала блока 9 5 элемент И 11 с абатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 12. Последний . переходит в другое состояние и выдают сигнал на управляющий вход автоматического переключателя 13, 10

При этом к токовому и потенциальному электродам датчика Холла 1 подключается резистор 14, что приводит к изменению напряжения неэквипотенциальности 0»> -+ . Онэг /Онэг/ » /ex/. 15

Дальнейшая работа устройства в пер; вый и второй такты, измерения ничем не . отличается от ранее описанной..

Такой режим работы будет соблюдаться при изменении ех до тех пор, пока направ- 20 ление неэквипотенциальности 0»2 не ста-. нет равным ЭДС. Холла ех ех =Оэг

В этом случае в первом такте измерения срабатывает триггер 12-и изменяет состоя- 25

we переключателя 13, что приводит к отключению резистора 14 от токового и потенциального электродов датчика Холла

1, что приводит к уменьшению напряжения неэквипотенциальности, т.е, оно станет 30 равным первоначальному

U»z U»> «е

Составитель B.aåëè÷êèí

Редактор А.Маковская Техред M.MîðãåHòàë Корректор О.Кравцова

Заказ 535 Тираж, Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Дальнейшая работа устройства ничем 35 не отличается от описанной ранее, Результат измерения, хранящийся в ре. версивном счетчике 8 считается двоично-деФормула изобретения

Цифровой измеритель магнитной индукции по авт.св. ЬЬ 1390584, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены автоматический переключатель, резистор, дополнительный счетчик, два триггера, элемент И, фазочувствительный . элемент и двоично-десятичный дешифратор, при этом управляющий выход источника пйтания соединен с управляющим входом фазочувствительного элемента, выход которого соединен с первым входом блока управления; счетный вход реверсивного счетчика через дополнительный счетчик подключен к единичному входу первого триггера, выход которого через первый элемент И и второй триггер соединен с управляющим входом автоматического переключателя, первый выход которого через резистор соединен с токовым электродом датчика Холла, потенциальный электрод которого соединен с вторым выходом автоматического переключателя, пятый, шестой и седьмой выходы блока управления соединены соответственно с управляющим входом двоично=десятичного дешифратора, нулевыми входами дополнительного счетчика и

riepaoro триггера, управляющим входом первого элемента И, выход реверсивного счетчика через двоична-десятичный дешифратор подключен к входу цифрового индикатора, а сигнальный. вход синхронного .детектора соединен с сигнальным входом фазочувствительного элемента.